中考物理复习多档位电热器的发热功率专题附答案.doc

多档位电热器的发热功率专题一改变发热体功率的方法1、 课外活动小组的同学设计制作了一个电热孵卵器，他们用两根额定电压和额定功率都相同的电热丝作热源，再连入一个电阻R0，使这台孵卵器即使断了一根电热丝，单丝工作产生热量的效果仍然与双丝工作时产生的热量效果完全相同若电源两端的电压为U，两丝的额定电压均为UL、额定功率均为PL（1）画出孵卵器的电路图（2）R0的阻值是多大？（3）R0在单丝工作与双丝工作状态下消耗功率之比是多少？（1）两根电热丝并联，再与R0电阻串联；如图1所示：（2）电热丝正常工作时如图1，设每一根的电阻为R，电路中的电流为：则I=当其中任何一根电热丝烧断时如图2，电路中的电流为： I=单热丝热效果跟双丝热效果相同，即两种情况下的实际功率相同P=P由电功率P=I2R以及可得：（）2R0=（）2R0 解得：R0=R电热丝的电阻为R=，所以R0=（3）由P=I2R和两式可知，R0在单丝工作于双丝工作状态下消耗功率之比：P：P=（）2：（）2把式代入得： P：P=1：22、小明设计了一个电加热器，有加热状态和保温状态，如图2314，发热体AB是一根阻值500的电阻丝，C、D是电阻丝AB上的两点，S是一个温度控制控制开关当开关S闭合，开关S接通C点时，电阻丝每分钟放出的热量是Q1；当S闭合，S接通D点时，电阻丝每分钟放出的热量是Q2；当S断开时，电阻丝每分钟放出的热量是Q3，此时测得C、D两点间的电压是33V（1）按大小排列出Q1、Q2和Q3的顺序是_（2）将上述热量由大到小的顺序排列，其比值是20103，求电源电压U和电热器处于保温状态时，每分钟放出的热量精析对于联系实际的问题，首先把它和所学的物理知识对应起来，本题用到的是焦耳定律的知识从图中看出，不论使用哪一段电阻丝，电压均为U电热丝放热公式：Qt（1）可以将AB段电阻分成三部分：第一次，S闭合，S接C，使用的是电阻丝CB段，电阻为RCB，电阻丝1min放热Q1t 第一次，S闭合，S接D，使用的是电阻丝DB段，电阻为RDB，电阻丝1min放热Q2t 第三次，S断开，电阻丝1min放热Q3t RDBRCBRABQ1Q2Q3开关位于D，是加热状态，断开S，电阻为RAB，是保温状态（2）已知RAB500UCD33V，Q2Q1Q320103t一定，RDBRAB50075t一定，U一定 RCBRAB500150RCD1507575I0.44AUIRAB0.44500220V 保温时，电阻为RAB，t1 min60sQ3t60s5808J 答案（1）Q2Q1Q3，电源电压220V，保温：Q35808J二通过改变发热体的电压来改变发热体的功率3、实践活动小组的同学种植了一种植物，为了使该植物在寒冷的季节快速生长，他们制作了一台恒温箱，如图所示。按设计要求，箱内需要安装一个电发热体，该电发热体用36V的电源供电，发热功率为320W。（1）据现有实际条件，他们制作电发热体时有3种金属丝材料可供选择，有关数据和情况如下表：材料直径mm熔断电流A发热时氧化情况价格比较钨丝0520容易氧化较高镍铬合金0520不易氧化一般铅锑合金055一般一般试分析选择哪一种材料绕制发热体比较合适，写出理由和有关的计算过程。（2）用所选择的材料绕制成发热体后，接在36V的电源上进行通电试验，测得发热体的功率为405W。为使其功率达到设计要求的功率，在不改变发热体及电源电压的情况下，需要在箱外接一个电阻，这个电阻应该怎样连接?求出该电阻的阻值。解：（1）选镍铬合金材料绕制发热体理由：按设计要求，发热体的电流为： 铬锑合合熔断电源为5A，显然不符合要求。钨丝最贵，且易氧化，镍铬合金价格一般。（2）电阻应与发热体串联。发热体接在3.6V的电源上时的功率为405W，根据P=U2/R可得它的电阻为按设计要求，发热体的功率应为320W，根据P=I2R，则通过发热体的电流I应为因串联电路的电流相等，根据则串联电阻4小星同学为实验室设计了一个多挡位电加热器，其工作原理图如图3所示。其中R1、R2、R3为发热电阻。三个灯泡为上述发热电阻相应的的工作指示灯，其所消耗的电功率可忽略不计。小星设想通过开关的组合，使电加热器能有200W、300W、900W共七挡功率。为此他还设计了下面这份简单的表格，表中的“”表示对应的开关闭合，相应的指示灯亮：“”表示对应的开关断开，相应的指示灯熄灭。功率栏给出了相应状态时电加热器的功率值。1按照他的设想，帮他计算出R1、R2、R3的阻值各为多少？ 2补齐表中其余挡位的空格。额定电压220V额定频率50Hz档位S1S2S3功率1200W2300W34567900W三通过改变发热体连入电路中的电阻来改变发热功率5、 图24是一个电热器的工作原理图，电热器 内有两个阻值分别为R1=60和R2=120的电热丝；旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的边缘依次有0，1，2， 9共10个金属触点；可以绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将相邻的触点连接。如旋钮上的箭头指向图中位置D时，金属滑片将2、3触点接通，同时另一端将7、8触点接通。用这个旋转开关可以实现电热器有多挡位工作的要求。若将此电热器接人家庭电路中，求：（1）当旋转开关的箭头指向图示位置时,通过电热器的电流多大。（2）当旋转开关的箭头指向图中位置C或H时, 电热器消耗的电功率多大?(3) 当旋转开关的箭头指向图中位置A 或F时, 电热器在5 min内产生的热量可以把多少水从20加热到100。不考虑热量损失，4.2103J/(kg.) （计算结果保留到小数点后一位）（5分）（1）当旋转开关的箭头指向图示位置时, 只有接入电路，此时电路中的电流为（2）当旋转开关的箭头指向图中位置C或H时, 两电热丝串联接入电路，电热器消耗的电功率为（3）当旋转开关的箭头指向图中位置A或F时, 两电热丝并联接入电路，电热器在5 nin内产生的热量为水的质量为6图示为一款有高、低温两档的蒸汽电熨斗电路原理图R1、R2为电热丝，其中R2=242，水升温并汽化成水蒸气，从而熨烫衣服（2）电熨斗处于低温档时，正常工作功率为1100W求：通过电路的电流是多大？R1的电阻是多大？通电3min产生的热量是多少？（3）若将该款电熨斗进行改造，使其正常工作时高温挡功率为1000W要求只改变其中一个电热丝的阻值，请你通过分析和计算，求出该电热丝改变后的阻值应为多少？(1)热闭合 (2)低温挡工作时，电路中的电流：I15 A R1的电阻： R144 通电3 min产生的热量： QI2Rt(5 A)244 360 s1.98105J 或QWPt1 100W360 s1.98105J(3)电熨斗正常工作时，R2的功率： P2200 W 要使高温挡功率为1 000 W，改变R1为R1，则R1的功率： P1PP21 000 W200 W800 W R1的电阻：R160.5 四扩展练习图47有一种WSJ-60型号电水壶，图4是电水壶的电路图，L1为电源指示灯、L2为保温指示灯、L3为加热指示灯，R1、R2、R3为指示灯的保护电阻，其大小为100k左右；R为加热器，其电阻小于100；S1、S2为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制。当水壶放在底座上时，就分别压下压键开关S1、S2，并接通电路，如果插头插入插座后，就接通了电源，电源指示灯就亮，反之就断开。该壶有手动和自动两种工作状态。 当钮子开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再将钮子开关拨回。当钮子开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入保温状态，保温指示灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态。若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计，根据以上叙述与观察，请回答以下问题。 1在下列空格中填写“亮”或“不亮” (1)手动状态通电工作时，电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。 (2)自动状态通电工作时，水沸腾前：电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。水沸腾后：电源指示灯 ，加热指示灯 ，保温指示灯 。2现将一满壶25的水在标准大气压下烧开需时10min，请计算该电水壶的热效率。水的比热容c=4.2103J(kg)。3通过分析电水壶的电路，说明为什么处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯是不亮的? 4试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大?如果指示灯的保护电阻的大小是100k，当它处于保温状态时，试计算电水壶保温时的功率有多大?由此可以说明什么问题?答案（、亮，亮，不亮；、亮，亮，不亮；亮，不亮，亮（2）因为Q有=cV（t-t0）=4.2103J/（kg?）1103kg/m3110-3m3（100-25）=3.15105J，Q总=600W1060s=3.6105J，所以=100%=100%=87.5%答：该电水壶的热效率为87.5%（3）因为当电水壶处于自动状态下，水未沸腾前，保温指示灯与ST双金属片温控器并联，且ST双金属片温控器处于连通，对保温指示灯短路；所以保温指示灯被短路不亮（4）由P=得电水壶正常工作时其加热电阻的阻值R=80.7，保温状态时，电路中加热电阻与保温指示电路串联后与电源指示电路并联接通电路所以通过电热器的电流为：I=+=2.210-3A就以这个电流计算，保温状态时电热器的发热功率为：P=I2R=（2.210-3A ）2100000=0.484W即可以近似认为不发热所以保温状态下的水温逐渐降低8电压力锅结合了压力锅和电饭锅的优点，是现代人喜欢的厨房用具图甲是某品牌电压力锅的简化电路图，R1为加热电阻，R2为保温电阻，S1为电源开关，S2为压力开关加热时S2与触点a接通，R1工作；保温时S2与触点b接通，R2工作电压力锅的其他参数见铭牌电压力锅的铭牌额定电压220伏加热功率1000瓦保温功率100瓦气压设定值175千帕当电压力锅内的气压达到设定值时水沸腾此时，水的温度_100（选填“”、“=”或“”）（2）计算保温电阻R2正常工作时的阻值（3）图乙表示电压力锅工作时电功率与时间的关系阴影部分面积表示_，并列式计算它的大小U2R电压力锅气压的设定值为175kPa大于标准大气压100kPa，所以当电压力锅内的气压达到设定值时水沸腾时，水的温度大于100；（2）保温时S2与触点b接通，电路为R2的简单电路，由P=(220V)2100WU2P保温可得，电阻R2正常工作时的阻值：R2=484；（3）由乙图可知，横坐标表示加热时间，纵坐标表示电功率，由W=Pt可知，阴影部分面积表示电压力锅加热10min消耗的电能（或电功），W=Pt=1000W1060s=6105J9、 办公室里有个自动电热水瓶，下图和表格是它的原理及参数A为自动温控开关，当水的温度达到设定温度时自动断开电路；低于设定温度时，自动接通电路已知水的比热容为4.2103J(kg)，请你通过分析来进行以下计算： (1)电热水瓶放出的热量90被这些水吸收，烧开一瓶20的水(标准大气压)，电热水瓶应正常工作多长时间? (2)黄灯亮时电热水瓶处于保温状态还是加热状态?保温元件R工作时的电阻是多大?(注：指示灯消耗的功率可以忽略，保温功率是指整个电路消耗的功率)解：（1）m=pV=1.0103Kg210-3m3=2kg，Q吸=C水mt=4.2103J（Kg）2Kg（100-20）=6.72105J，W=Pt，Q=90%W 得t=Q/（90P） =6.72105J /（0 9800W）=933.3s；（2）（A断开时黄灯亮电路总电阻较大，功率较小）是保温状态 加热时P1=U2/R1得R1=U2/P1=（220V）2/800W=60.5，保温时R总=U2/P2=1210，所以R=R总-R1=l 149.5。10、 电饭锅的原理如图所示。煮饭时开关S是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后（当时的温度大约为103）保温时开关S自动断开，黄灯亮。电阻R1的作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁，与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者的大小应有什么关系？为什么？通常情况下用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能不起作用，这是为什么？R1应该远大于发热板等效电阻。由于R1与红灯串联后与发热板并联，它们两端的电压相等，又因红灯只是起指示作用，其消耗的电功率远小于发热板的功率，所以流过R1和红灯的电流应远小于通过发热板的电流，因此R1应该远大于发热板等效电阻；又由于在标准大气压下水的沸点为100，即烧水时水温不会达到103，所以保温开头S还会自动断开。11、 热熔胶在室温下为固体，加热到一定程度时变为较强黏性的液体，冷却后，将物体牢牢地粘在一起，如图甲是热熔胶枪的外形，其内部有2只相同的PTC加热元件，电路如图乙。单只PTC元件的电阻与温度的变化如图丙所示，扣动扳机能使固体胶条向前挤压，联动开关S同时倒向A、B，枪门冒出胶液，松开扳机，S同时倒向B、C。（1）松开扳机时为预热状态，当温度为80时，电路中的电流是多少？（2）当温度为180时，胶液有最佳黏性，已知一根胶条的质量为40g，若熔化lkg胶需要吸收6.0105J热量，试计算：在正常情况下使用完一根胶条至少要多长时间？（3）试根据PTC特性定性分析该装置能使温度稳定在180的道理。解：（1）80时，PTC电阻为880，此时两只PTC串联，电路中电流为；（2）熔化一根胶条要吸热Q吸=61054010-3J=24000J，加热到180时PTC电阻为1210，两只PTC并联，总电阻为605， 加热功率为P=U2R=（220V）2605=80W，要使加热时间最短，PTC的发热必须全部被胶条吸收，则加热时间t=Q吸P=24000J80 w=300s；（3）由图可知，当PTC的温度达到180时，如果温度升高，电阻增大。由P=U2R可知，在电压不变时，它的发热功率减小，升温速度减慢，反之，温度降低，电阻减小，发热功率增大，会快速升温，这样它的温度会在180附近稳定下来。12、 在下图所示的部分电路中，电源电压U保持不变，a，b，c为3个接线柱现备有3个电阻：R1=9，R2=6，R3=3若只在a，c间接入R1，则闭合开关S后，在1min内R1上产生的热量是240J，求电源电压U若要从R1，R2，R3中选取两个电阻，连入图中的虚线框内，使得S闭合时，电路消耗的总功率是S断开时电路消耗的总功率的3倍请在你在图（2）中画出两种连接电路（每个电路应有两个电阻），并在连入电阻的上方标出该电阻的阻值或符号在（2）中